18597

۱۸۵۹۷

تخصيص منابع در شبكه‌هاي راديوشناختگر مشاركتي با قابليت برداشت انرژي بيسيم

كارشناسي ارشد

مخابرات سيستم

اسفند ۱۳۹۶

دكتر بهمن ابوالحسني

برق

تامين انرژي براي گره هاي مخابراتي بيسيم ارزان قيمت، يكي از چالش‌هاي شبكه‌هاي مخابراتي بيسيم است. تغذيه يا شارژ باتري اين گره‌ها با استفاده از شبكه‌هاي قدرت، در بسياري از مكان‌ها ( مانند شبكه‌هاي حسگر بيسيم ) غيرعملي يا غير اقتصادي است. از سوي ديگر استفاده از باتري‌ها براي شبكه‌هاي حسگر بيسيم، اينترنت اشياء يا محيط‌هاي خطرناك، مشكلاتي به همراه دارد. يك راه حل، استفاده از ايستگاه پايه ( يا نقطه‌ي دسترسي ) شبكه‌هاي مخابراتي راديوشناختي است كه با انتشار امواج راديويي مي‌تواند انرژي لازم را به گره‌هاي ارزان قيمت برساند. از طرفي، در بعضي شبكه‌هاي مخابراتي اوليه ( داراي مجوز) مانند حسگرهاي بيسيم تعبيه شده در بدن انسان، بدليل پديده‌ي محوشدگي، سايه‌افكني و يا فاصله‌ي زياد از گيرنده‌ي موردنظر، امكان ارتباط مستقيم بين فرستنده و گيرنده در همه‌ي زمان‌ها وجود ندارد. چنين گره‌هايي مي‌توانند از گره‌هاي ثانويه بعنوان رله استفاده كنند و بعنوان پاداش، طيف خود را براي مدت كوتاهي در اختيار آن گره‌هاي ثانويه قرار دهند. هدف از اين پايان‌نامه، بيشينه‌سازي مجموع نرخ گره‌هاي ثانويه‌اي است كه بعنوان رله در ارتباط فرستنده و گيرنده‌ي اوليه به كار گرفته مي‌شوند تا بتوانند يك حداقل نرخ ارسالي مشخص براي كاربر اوليه را برآورده سازند. در اين ارتباط، گره‌هاي ثانويه بعنوان يك سيستم رله‌ي چندورودي- تك‌خروجي مجازي براي گره‌هاي اوليه عمل مي‌كنند. در سيستم موردنظر، ايستگاه پايه ( يا نقطه‌ي دسترسي ) ثانويه از چندين آنتن جهت ارسال انرژي به گره‌هاي ثانويه و دريافت داده از آن‌ها استفاده مي‌كند، كه اين نوآوري موجود در مدل پيشنهادي است. جهت تامين هدف اين پايان‌نامه ، بايد تخصيص منابع توان، زمان ارسال، همچنين شكل‌دهي پرتو و انتخاب رله انجام گردد. فرمول‌بندي اين مساله‌ي بهينه‌سازي و حل آن بعنوان نوآوري پايان نامه، ارائه گرديده است. نتايج شبيه‌سازي نشان مي‌دهد كه مجموع نرخ گره‌هاي ثانويه ( براي تامين حداقل نرخ ارسال كاربر اوليه برابرnats/s/Hz ۵/۱ ) از nats/s/Hz 9/0 در حالت ايستگاه پايه‌ي تك‌آنتني به nats/s/Hz2/4 در حالت ايستگاه پايه‌ي چندآنتني بهبود يافته است. واژه¬هاي كليدي: تخصيص منابع، راديوشناختي، سيستم رله، برداشت انرژي.

1396/12/19

3/10/2018 12:00:00 AM

Energy suply for low-cost wireless communication nodes is one of the challenges of wireless communication networks. Powering or charging the batteries of these nodes, are infeasible or uneconomic in many places (like wireless sensor networks) using power networks. On the other hand, the use of batteries for wireless sensor networks, internet of things or hazardous environments, has some problems. A solution for powering such nodes, is the use of a cognitive base station (or access point). The base station, with the radio frequency waves, can transmit the energy needed to low-cost sensor nodes and prevent them from recharging the battery, directly. On the other hand, there is no direct connection between the transmitter and receiver in some of the primary (licensed) communications networks, such as wireless sensors embedded in the human body, due to the fading, shaddowing or a large distance from the given receiver. In this case, these nodes embedded in the human body (or nodes in other networks without energy) can use secondary nodes as relays and, as a reward, put their spectrum on those secondary nodes for a short time. Our goal in this thesis is to maximize the sum throughput of secondary nodes that are used as relay in the connection of the primary transmitter and receiver to meet the primary user rate. In this connection, secondary nodes act as a virtual multi-input multi-output relay system for primary nodes. In this system, the base station (or access point) uses multiple antennas to send energy to secondary nodes and receive data from them, which is the innovation in the proposed model. To achieve the goal of this thesis, allocation of power resources, sending time, and also the beamforming and relay selection must be performed. The formulation of this optimization problem and its solution is provided to a thesis innovation. Simulation results show that the sum throughput of secondary nodes (provided the minimum rate of 1.5 nats /s /Hz for primary transmitter) is increased from 0.9 nats /s /Hz, in the single-antenna base station mode to 4.2 nats /s /Hz, in multiple antennas base station mode. Key words: Resource Allocation, Cognitive Radio, Relay System, Energy Harvesting.